بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله به تحلیل عدم تعادلی جابجایی طبیعی در یک محفظه متخلخل پرهدار در حضور لایه بندی حرارتی میپردازد. برای این منظور، معادلات بقای جرم، اندازه حرکت و انرژی به شیوه عددی حل می-شوند. محاسبات به ازای چندین مقدار متفاوت طول پره و چندین موقعیت مختلف از قرارگیری پره نسبت به دیوار سمت چپ در گسترهای از مقادیر اعداد رایلی، پارامتر لایه بندی حرارتی و نسبت منظری محفظه انجام شده است. نتایج شبیه سازی شده برحسب توزیع خطوط جریان، خطوط دما ثابت و همچنین مقادیر عدد ناسلت میانگین ارائه شده است. نتایج ارائه شده نشان میدهد که حضور پره مانند یک پارامتر کنترل کننده جریان جابجایی طبیعی در محفظه متخلخل عمل خواهد کرد. در واقع پره نرخ انتقال حرارت را کاهش میدهد که این کاهش در طولهای بیشتر پره چشمگیرتر است.
مقدمه
در اکثر تحقیقات انجام شده در محیط های متخلخل مستطیلی، شرایط بهنحوی است که دیوارهای افقی و عمودی به طور یکنواخت گرم یا سرد میشوند. در حالیکه تغییر دمای دیوارها به صورت غیریکنواخت میتواند نقش مهمی در رفتار جریان و انتقال حرارت داشته باشد. جریان جابجایی طبیعی در محیطهای متخلخل همراه با لایه بندی حرارتی کاربردهای عملی زیادی دارد، از آن جمله میتوان به تولید انرژی زمین گرمایی و پسماندهای هستهای زیرزمینی اشاره کرد.
Valencia and Frederick, 1989 تحلیل عددی را برای انتقال حرارت جابجایی آزاد هوا در یک محفظه چهارگوش با دیوارهای جانبی نیمه فعال - از نظر گرمایی - ، برای پنج نقطه گرمایش مختلف انجام دادند. آنها دریافتند که نرخ انتقال حرارت در زمانی که گرمایش در وسط دیوار گرم صورت میگیرد، بیشترین مقدار خود را دارد. Wu et al, 2015 با بکارگیری مدل عدم تعادل حرارتی، انتقال حرارت جابجایی آزاد را در یک محفظه متخلخل چهارگوش در شرایطی که دو دیواره عمودی به طور جزئی خنک شدهاند، بررسی کردند.
در نتایج تحقیقات آنها مشاهده میشود که خنک کردن دیوار به طور جزئی، عدد ناسلت محلی بالاتری را برای سیال و جامد در مقایسه با خنک کردن دیوار به صورت یکنواخت به همراه دارد. همچنین در تحقیقی مشابه، Wu et al, 2014 به بررسی موضوع در حالتی که فقط دیوار سمت چپ به صورت جزیی از لحاظ دمایی فعال است پرداختند. Saeid and Pop, 2005 تاثیر در نظر گرفتن گرمایش غیریکنواخت را برروی رفتار انتقال حرارت جابجایی آزاد در محفظههای متخلخل بررسی کردند.
جریان جابجایی طبیعی در یک محفظه را میتوان با اضافه کردن یک پره که در موقعیت مناسبی در داخل محفظه جاگذاری شده است، کنترل نمود. Zahmatkesh, 2014 تاثیر حضور یک پره نازک را برروی رفتار انتقال حرارت جابجایی طبیعی در یک محفطه متخلخل همراه با لایه بندی حرارتی با استفاده از مدل تعادل حرارتی محلی مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. مشاهده میشود که حضور یک پره نازک تاثیر مهمی برروی جریان و میدان گرمایی و انتقال حرارت به همراه دارد. در واقع، پره نقش کنترل کننده جابجایی طبیعی را ایفا خواهد کرد، به طوریکه جابجایی طبیعی با افزایش طول پره، کاهش خواهد داشت.
Varol et al, 2007 تاثیر در نظر گرفتن پره را در یک محیط متخلخل مثلثی در انتقال حرارت جابجایی طبیعی بررسی کردند. آنها مشاهده کردند که پره با توجه به عدد رایلی، طول و موقعیت قرارگیری میتواند نقش کنترل کننده جریان را داشته باشد. Heidary et al, 2014 جریان جابجایی طبیعی و تولید آنتروپی را در یک محیط متخلخل شیب-دار با در نظر گرفتن یک پره متصل به دیوار آدیاباتیک بررسی کردند و به نتایج مشابهی رسیدند.
روش تحقیق
هندسه مساله پیش رو در شکل 1 مشاهده میشود. دیوارهای سمت چپ و پایین در دو دمای متفاوت و قرار دارند، در حالیکه دمای دیوار سمت راست به صورت در حال تغییر است. همچنین یک پره به طول a و ضخامت d به دیوار آدیاباتیک بالایی متصل است به گونهای که موقعیت قرارگیری آن، با پارامتر c از دیوار سمت چپ سنجیده میشود. به منظور ساده سازی معادلات حاکم بر این مساله، فرضیات زیر به خدمت گرفته میشود.
-1 جریان آرام، دوبعدی، تراکم ناپذیر و پایدار فرض میشود.
-2 جریان سیال داخل محیط متخلخل از قانون دارسی پیروی میکند.
-3 خواص سیال و محیط متخلخل یکنواخت بوده و مستقل از جهت میباشند.
-4 تمام خواص ترموفیزیکی سیال ثابت است، بجز چگالی در جمله شناوری در معادله اندازه حرکت که برای آن از تقریب بوزینسک استفاده شده است.
-5 تبادل تابش ناچیز در نظر گرفته میشود.
-6 سیال و محیط متخلخل در شرایط عدم تعادل حرارتی محلی قرار دارند.
